第一節(jié)

蒸發(fā)概述一、食品物料的蒸發(fā)的目的二、食品物料蒸發(fā)的特點三、食品物料蒸發(fā)的基本過程四、常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)五、單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)六、間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)2023/3/25第一頁，共37頁。一、食品物料蒸發(fā)的目的除去食品中部分水分，降低包裝、貯藏和運輸費用。用于結(jié)晶和干燥等單元操作的預(yù)處理過程。用于制備產(chǎn)品和回收溶劑。提高制品溶質(zhì)濃度，以增強制品的耐貯性。2023/3/25第二頁，共37頁。二、食品物料蒸發(fā)濃縮的特點食品物料中的蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等具有熱敏性。食品物料中的有機酸具有腐蝕性。含有高糖和高果膠等成分的食品物料具有高黏稠性。食品物料中的蛋白質(zhì)和糖類等物質(zhì)在換熱器壁面容易結(jié)垢食品物料中的蛋白質(zhì)在蒸發(fā)時容易形成泡沫。食品物料中含有的特征性風(fēng)味物質(zhì)在蒸發(fā)時容易揮發(fā)。2023/3/25第三頁，共37頁。三、蒸發(fā)的基本過程2023/3/25第四頁，共37頁。四、常壓蒸發(fā)和真空蒸發(fā)1常壓蒸發(fā)的定義常壓蒸發(fā)是指泠凝器和蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力等于或稍大于大氣壓力的蒸發(fā)過程。2真空蒸發(fā)的定義真空蒸發(fā)是指泠凝器和蒸發(fā)器內(nèi)的操作壓力低于大氣壓力的蒸發(fā)過程。2023/3/25第五頁，共37頁。3真空蒸發(fā)的優(yōu)點和缺點3.1優(yōu)點蒸發(fā)溫度低，對濃縮熱敏性物料有利。溶液沸點低，可應(yīng)用低溫?zé)嵩矗M而降低生產(chǎn)費用和投資。溶液沸點低，增大了蒸發(fā)器的傳熱溫差，進而可降低所需傳熱面積。操作溫度低，蒸發(fā)器的熱損失小。3.2缺點由于蒸發(fā)溫度低，因此料液黏度大，傳熱系數(shù)較小。由于系統(tǒng)內(nèi)為負壓，因此完成液需用泵排出。這增加了系統(tǒng)的能耗。2023/3/25第六頁，共37頁。4單效蒸發(fā)和多效蒸發(fā)4.1單效蒸發(fā)如果蒸發(fā)生成的二次蒸汽不再被用作加熱介質(zhì)，而是直接送到泠凝器中泠凝，這樣的蒸發(fā)過程稱為單效蒸發(fā)。4.2多效蒸發(fā)將一個蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽引入下一蒸發(fā)器，利用其冷凝熱加熱下一蒸發(fā)器中的水，將多個蒸發(fā)器按照該方式彼此串聯(lián)起來組成的協(xié)同蒸發(fā)過程稱為多效蒸發(fā)。2023/3/25第七頁，共37頁。5間歇蒸發(fā)和連續(xù)蒸發(fā)5.1間歇蒸發(fā)在操作開始時，將料液加入蒸發(fā)器內(nèi)，開始蒸發(fā)過程。當(dāng)溶液的濃度達到規(guī)定的要求時，停止蒸發(fā)過程。該蒸發(fā)過程稱為間歇蒸發(fā)。5.2連續(xù)蒸發(fā)操作開始時，將料液加入蒸發(fā)器內(nèi)，開始蒸發(fā)過程。隨著溶液中水分的蒸發(fā)，不斷加入料液，使蒸發(fā)器液面高度保持恒定，當(dāng)溶液濃度達到規(guī)定值時，將完成液放出。該蒸發(fā)過程稱為連續(xù)蒸發(fā)。2023/3/25第八頁，共37頁。第二節(jié)

單效蒸發(fā)一、蒸發(fā)的傳熱溫差二、單效蒸發(fā)的計算2023/3/25第九頁，共37頁。一、蒸發(fā)器的傳熱溫差傳熱壁兩側(cè)理論最大可能溫差傳熱壁兩側(cè)實際有效傳熱溫差引起溫差損失的原因主要有三方面：由液層靜壓效應(yīng)英氣的溫差損失由料液沸點升高而引起的溫差損失由蒸汽流動阻力和熱損失引起的溫差損失2023/3/25第十頁，共37頁。1液層靜壓效應(yīng)引起的溫差損失真空蒸發(fā)時候，靜壓效應(yīng)引起的溫差損失比較突出。2023/3/25第十一頁，共37頁。2由料液沸點升高引起的溫差損失常壓下沸點升高用杜林公式計算Kb-沸點升高常量。若水為溶劑，Kb=0.51kg?K/mol。mb=溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度，mol/kg。2023/3/25第十二頁，共37頁。

減壓下沸點升高按吉辛柯公式計算T-某壓力下水的沸點，K-某壓力下水的汽化熱，J/kg-常壓下溶液的沸點升高，K食品料液的可近似用糖液數(shù)據(jù)代替。見教材205頁。2023/3/25第十三頁，共37頁。二、單效蒸發(fā)的計算1蒸發(fā)量總物料衡算式：固形物衡算式：上兩式聯(lián)立可得：2023/3/25第十四頁，共37頁。2加熱蒸汽消耗量rv-二次蒸汽的汽化熱，J/kgrs-加熱蒸汽的汽化熱，J/kgcF-原料液的比定壓熱容，J/(kg?K)TF-進料溫度，KT1-料液沸點溫度，K2023/3/25第十五頁，共37頁。3加熱蒸汽的經(jīng)濟性如果是沸點進料，即TF=T1，則一般情況下，rs和rv相差不多，因此對于沸點進料的單效蒸發(fā)2023/3/25第十六頁，共37頁。4換熱面積基于換熱基本方程和蒸汽的汽化熱熱流量可表示為：因此，換熱面積可表示為：2023/3/25第十七頁，共37頁。例：用單效率蒸發(fā)器將糖汁由質(zhì)量分數(shù)0.1濃縮到0.45。進料液流量1000kg/h，進料液溫度15℃，蒸發(fā)器內(nèi)料液沸點80℃，加熱蒸汽溫度115℃。糖汁的比定壓熱容4kJ/(kg?K)，蒸發(fā)器總傳熱系數(shù)2.84kW/(m2?K)，已知80℃和115℃水蒸氣的汽化熱分別為2308kJ/kg和2219kJ/kg。計算：每小時料液的蒸發(fā)量。每小時加熱蒸汽的消耗量。加熱蒸汽的經(jīng)濟性。蒸發(fā)器的換熱面積。2023/3/25第十八頁，共37頁。解：(1)(2)(3)(4)2023/3/25第十九頁，共37頁。第三節(jié)

多效蒸發(fā)一、多效蒸發(fā)操作流程二、多效蒸發(fā)的計算2023/3/25第二十頁，共37頁。一、多效蒸發(fā)操作流程多效蒸發(fā)操作流程

平流法逆流法順流法2023/3/25第二十一頁，共37頁。2023/3/25第二十二頁，共37頁。2023/3/25第二十三頁，共37頁。2023/3/25第二十四頁，共37頁。二、多效蒸發(fā)的蒸汽經(jīng)濟性2023/3/25第二十五頁，共37頁。三、多效蒸發(fā)的計算1總蒸發(fā)量和各效出料濃度2023/3/25第二十六頁，共37頁。2加熱蒸汽消耗量和各效蒸發(fā)量2023/3/25第二十七頁，共37頁。3各效換熱面積2023/3/25第二十八頁，共37頁。第四節(jié)

蒸發(fā)器一、循環(huán)型蒸發(fā)器二、非循環(huán)型蒸發(fā)器2023/3/25第二十九頁，共37頁。一、循環(huán)型蒸發(fā)器循環(huán)型蒸發(fā)器

外加熱式蒸發(fā)器

懸筐式蒸發(fā)器中央循環(huán)管蒸發(fā)器2023/3/25第三十頁，共37頁。中央循環(huán)管蒸發(fā)器優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單，操作可靠，投資費用較少，傳熱效果較好。缺點清洗和檢修較麻煩，料液循環(huán)速率較低，為0.5m/s以下。2023/3/25第三十一頁，共37頁。優(yōu)點加熱室可由蒸發(fā)器頂端取出，便于清洗和檢修；料液循環(huán)速率較快，為1-1.5m/s。缺點結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此投資費用稍高。懸筐式蒸發(fā)器2023/3/25第三十二頁，共37頁。外加熱式蒸發(fā)器優(yōu)點避免了料液在管內(nèi)析出晶體，阻塞管道；分離室獨立可改善氣液分離條件；操作靈活，可使幾個加熱室公共一個分離室。缺點投資費用稍高。2023/3/25第三十三頁，共37頁。二、非循環(huán)型蒸發(fā)器非循環(huán)型蒸發(fā)器

板式蒸發(fā)器刮膜蒸發(fā)器長管式蒸發(fā)器2023/3/25第三十四頁，共37頁。長管式蒸發(fā)器[升膜蒸發(fā)器(左)和降膜蒸發(fā)器(右)]2023/3/25第三十五頁，共37頁。膜分布器升膜蒸發(fā)器的缺點料液在管下部積存，造成靜壓效應(yīng)，進而影響傳熱，延

長了料液在管內(nèi)的停留時間，容易產(chǎn)生結(jié)垢現(xiàn)象。降膜蒸發(fā)